1960-luvulla tähtitieteilijät alkoivat huomata, että maailmankaikkeudesta näytti olevan puuttuvaa massaa. Kososmin jatkuvien havaintojen ja yleisen suhteellisuusteorian teorian välillä he päättivät, että suuren osan maailmankaikkeuden massasta oli oltava näkymätön. Mutta jopa tämän "tumman aineen" sisällyttämisen jälkeen tähtitieteilijät voivat silti muodostaa vain noin kaksi kolmasosaa kaikesta näkyvästä (aka. Baryonisesta) aineesta.
Tämä johti siihen, mitä astrofysiikot kutsuivat ”kadonneen baryonin ongelmaksi”. Mutta vihdoin tutkijat ovat löytäneet, mikä voi hyvinkin olla viimeinen puuttuva normaali aine universumissa. Kansainvälisten tutkijoiden ryhmän äskettäisen tutkimuksen mukaan tämä puuttuva aine koostuu erittäin ionisoituneen happikaasun filamenteista, joka sijaitsee galaksien välisessä tilassa.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Kadonneiden baryonien havainnot lämpimässä ja kuumassa galaktisessa väliaineessa”, ilmestyi äskettäin tieteellisessä lehdessä Nature. Tutkimusta johti Rooman Istituto Nazionale di Astrofisican (INAF) tutkija Fabrizio Nicastro. Tutkimukseen osallistuivat Alankomaiden avaruustutkimusinstituutin SRON, Harvard – Smithsonian astrofysiikan keskus (CfA) ja Instituto de Astronomia Universidad. Nacional Autonoma de Mexico, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP-UNLP) ja useita yliopistoja.
Tutkimuksensa vuoksi ryhmä käytti instrumenttien sarjan tietoja tutkiakseen 1ES 1553-nimisen kvartaarin lähellä olevaa tilaa. Kvasaarit ovat erittäin massiivisia aktiivisen galaktisen ytimen (AGN) galakseja, jotka emittoivat valtavasti energiaa. Tämä energia on seurausta kaasun ja pölyn akrytoitumisesta supermassiivisiin mustiin reikiin (SMBH) galaksiensa keskuksessa, mikä johtaa mustien reikien säteilyyn ja ylikuumennettujen hiukkasten suihkuihin.
Aikaisemmin tutkijat uskoivat, että maailmankaikkeuden normaalista aineesta noin 10% oli sitoutuneena galakseihin, kun taas 60% oli diffuusioissa kaasupilvissä, jotka täyttävät galaksien väliset valtavat tilat. Tämä kuitenkin jätti 30 prosenttia normaalista aineesta jättämättä. Tämän tutkimuksen, joka oli 20-vuotisen etsinnän huipentuma, tarkoituksena oli selvittää, löytyisikö viimeisiä baryoneja myös galaktienvälisestä avaruudesta.
Tätä teoriaa ehdotti Charles Danforth, CU Boulderin tutkimuskumppani ja tämän tutkimuksen avustaja, vuoden 2012 lehdessä, joka ilmestyi Astrofysikaalinen lehti - nimeltään “Baryon-väestönlaskenta monivaiheisessa intergalaktisessa väliaineessa: 30% bararyoneista saattaa silti puuttua”. Siinä Danforth ehdotti, että puuttuvat baryonit löytyvät todennäköisesti lämmin-kuumasta galaktisesta väliaineesta (WHIM), joka on verkkomainen kuvio avaruudessa, joka on galaksien välillä.
Kuten Michael Shull - Colorado Boulderin yliopiston astrofysiikan ja planeettatieteiden professori ja yksi tutkimuksen yhteistekijöistä - totesi, tämä villi maasto näytti täydelliseltä paikalta näyttää: ”Täältä luonto on tullut hyvin perverssi. ," hän sanoi. "Tämä maitohappoinen väliaine sisältää kaasumahjuja lämpötilassa muutamasta tuhannesta asteeseen muutamaan miljoonaan asteeseen."
Tämän teorian testaamiseksi ryhmä käytti Hubble-avaruus teleskoopin kosmisen alkuperän spektrografin (COS) tietoja WHIM: n tutkimiseen kvartaarin 1ES 1553 lähellä. He käyttivät sitten Euroopan avaruusjärjestön (ESA) röntgen-monipeilioperaatiota ( XMM-Newton) etsimään lähemmin merkkejä baryoneista, jotka ilmestyivät voimakkaasti ionisoituneiden happikaasujen muodossa, jotka kuumennettiin lämpötiloihin noin 1 miljoona ° C (1,8 miljoonaa ° F).
Ensinnäkin tutkijat käyttivät Hubble-avaruus teleskoopin COS: ää saadakseen kuvan siitä, mistä he voisivat löytää puuttuvat baryonit WHIM: stä. Seuraavaksi he asettuivat noihin baryoneihin XMM-Newton-satelliitin avulla. Heidän kirjaamissaan tiheyksissä ryhmä päätteli, että ekstrapoloimalla koko maailmankaikkeuteen tämä superionisoitu happeakaasu voisi muodostaa viimeiset 30% tavallisesta aineesta.
Kuten prof. Shull totesi, nämä tulokset eivät vain ratkaise kadonneiden baryonien mysteeriä, vaan voivat myös valaista kuinka maailmankaikkeus alkoi. "Tämä on yksi Big Bang -teorian testaamisen tärkeimmistä pilareista: vedyn ja heliumin baryoninlaskennan ja kaiken muun jaksollisen taulukon selvittäminen", hän sanoi.
Katse eteenpäin, Shull ilmoitti, että tutkijat toivovat vahvistavansa havaintonsa tutkimalla kirkkaampia kvasaareja. Shull ja Danforth tutkivat myös, kuinka happikaasu pääsi näille galaktienvälisen avaruuden alueille, vaikka heidän epäillään, että sitä puhallettiin sinne miljardien vuosien ajan galakseista ja kvaasareista. Sillä välin on kuitenkin avoin kysymys siitä, kuinka ”puuttuvasta aineesta” tuli osa WHIM: ää. Kuten Danforth kysyi:
"Kuinka se pääsee tähtiin ja galakseihin kaikkialla täältä galaktisen alueen avaruuteen ?. Näiden kahden alueen välillä on meneillään jonkinlainen ekologia, ja sen yksityiskohdat ymmärretään huonosti. "
Jos nämä tulokset ovat oikeita, tutkijat voivat nyt siirtyä eteenpäin kosmologiamalleilla, joissa otetaan huomioon kaikki tarvittava ”normaali aine”, mikä vie meidät askeleen lähemmäksi ymmärrystä siitä, miten maailmankaikkeus muodostui ja kehittyi. Nyt jos voisimme vain löytää tuon vaikean tumman aineen ja tumman energian, meillä olisi täydellinen kuva maailmankaikkeudesta! No, yksi mysteeri kerrallaan ...
